本发明专利技术公开了一种基于振动信号分析的崩塌落石试验模拟装置，包括固定承托系统、面板组件、物料释放装置、数据监测装置和主控计算机装置，能够在不同的斜坡坡度、危岩坠落高度、坠落位置、崩塌体物质特征、运动路径粗糙度等工况条件进行崩塌落石试验，并同时考虑多元工况条件对岩崩、落石灾害运动学过程、动力学特征及振动信号特征的影响。目标参数调节范围大，调节过程简单，操作难度较小，克服了传统实地监测时间长、成本高的缺点，具有广阔的推广应用价值，并通过振动加速度传感器协同监测记录振动加速度信号及动态压力信号，为崩塌落石动力相依振动波机理研究、崩塌落石灾害的监测预警及风险分析提供技术防范和科学依据。预警及风险分析提供技术防范和科学依据。预警及风险分析提供技术防范和科学依据。
【技术实现步骤摘要】
一种基于振动信号分析的崩塌落石试验模拟装置
[0001]本专利技术涉及崩塌落石测试
，特别是涉及一种基于振动信号分析的崩塌落石试验模拟装置。
技术介绍
[0002]岩崩被认为是陡峭斜坡上的危岩体在重力作用下突然脱离母岩体崩落，经过自由落体、反弹和/或滚动，以高速度运动并在坡脚发生大角度甚至近乎法向地碰撞，最终在坡脚停积的地质现象。单个或者若干个独立运动的小规模滚石在运动过程中经过跳跃、翻滚、崩解,最后堆积于斜坡坡脚，并通过碰撞、冲击等方式对斜坡下方的人口聚集地、公路、铁路、防护建筑等构筑物造成威胁；大规模的岩崩，在运动过程中经过强烈的碎屑化作用，形成运动速度极快的灾难性高速远程滑坡，长距离大范围的运移或扩散，严重威胁高山峡谷地区社会、经济和环境的可持续发展。了解岩崩、落石的动力学行为，对高山峡谷地区地质灾害危险性评价以及高速远程滑坡启动、运动机理等研究至关重要。
[0003]另一方面，地表物质在迁移、运动过程中与地表不规则运动路径的动力相互作用将引起地表应力状态的变化和响应，从而辐射出特征振动信号，这些振动信号表征着运动物质与地球表面动力相互作用的时空演化过程，蕴含着运动物质的触发、演化、流变、停积和就位等运动状态，指示着运动物质的规模、粒度和材质等物理属性以及特征运动行为，延拓着人类对地表过程几何学尺度、运动学性质和动力学机制的认知疆域。随着对振动波相关研究的不断深入，振动信号研究已逐渐受到地质工程及地球科学领域研究者的关注，基于岩崩产生的振动信号分析，研究岩崩事件的运动学过程和动力学机理，将是近些年国际岩崩灾害研究领域最前沿的科学问题之一。
[0004]鉴于岩崩灾害所具有的事件突发性，时间上的不可重复性和灾害巨大危险性，使得利用现场工程地质调查手段难以实现对岩崩的运动学、动力学行为特征的及时捕获、深入理解和全面掌握。此外，野外地震台站的相对位置、监测设备属性以及布设场地地质特征等因素的差异将很大程度影响崩塌落石振动信号的准确收集和深入分析工作。介于此，采用简化的物理模型试验手段，模拟并分析岩崩的运动演化过程，是一种常规的行之有效的研究方法。然而，现有的试验模拟装置仍存在一定程度的局限和不足：
[0005](1)现有岩崩落石试验装置功能较为单一，可设置的工况条件相对较少，不能满足斜坡坡度、危岩坠落高度、坠落位置、崩塌体物质特征、运动路径粗糙度等复杂多因素共同控制下岩崩落石的运动特征及振动信号特征的研究。
[0006](2)现有试验装置多关注岩崩落石的直观运动过程，尚未建立振动信号与岩崩运动学行为和动力学过程的协同演化响应关系，难以满足基于振动信号分析的岩崩动力学机理研究。
[0007](3)崩塌体与运动路径的相互作用是决定崩塌体规模、速度和灾害程度的重要因素，现有试验装置模拟岩崩运动路径多为平滑的斜面或水平面，未能建立运动路径粗糙特征与岩崩体运动特征及振动信号特征之间的定量化关系。
[0008](4)现有崩塌模型试验装置往往结构复杂，操作相对繁琐，影响科学研究进度。
技术实现思路
[0009]针对现有技术中的上述问题，本专利技术提供了一种基于振动信号分析的崩塌落石试验模拟装置，研究斜坡坡度、危岩坠落高度、坠落位置、崩塌体物质特征、运动路径粗糙度等复杂多因素共同控制下岩崩落石的运动特征及振动信号特征，进而建立岩崩振动信号与岩崩影响因素以及岩崩体运动学、动力学过程之间的响应、演化关系。为高山峡谷地区岩崩落石灾害的防灾减灾工作及应急响应、预警工作提供科学技术支撑。
[0010]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0011]提供了一种基于振动信号分析的崩塌落石试验模拟装置，其包括固定承托系统、面板组件、物料释放装置、数据监测装置和主控计算机装置；
[0012]固定承托系统包括固定承托外框架，固定承托外框架内设置有端部相互铰接的斜板承托框架和平板承托框架，斜板承托框架的顶部通过倾角调节机构与固定承托外框架一侧活动连接；
[0013]面板组件包括分别设置于斜板承托框架和平板承托框架上的斜面组件和水平底面组件；
[0014]物料释放装置位于斜面组件或水平底面组件的顶部且与固定承托外框架顶部连接；
[0015]数据监测装置用于监测斜面组件和水平底面组件上的振动信号；主控计算机装置用于控制数据监测装置的工作和停止，以及用于控制物料释放装置释放物料。
[0016]本专利技术中基于振动信号分析的崩塌落石试验模拟装置的原理为：通过物料释放装置释放物料，物料经过斜面组件和水平底面组件跌落，斜面组件通过倾角调节机构实现倾斜角度的调整，用于模拟崩塌落石发生地带不同倾斜角度的山坡坡面，水平底面组件用于模拟发生崩塌落石的山坡坡脚平缓地段，进而实现实验室条件下岩崩模型运动过程的模拟和研究，而通过数据监测装置采集斜面组件和水平底面组件上的振动信号，实现振动加速度信号的协同监测记录，为崩塌落石动力相依振动波机理研究、崩塌落石灾害的监测预警及风险分析提供技术方法和科学依据。
[0017]进一步地，斜面组件和水平底面组件均通过螺栓分别与斜板承托框架和平板承托框架锚固连接；斜板承托框架和平板承托框架的端部通过转轴铰接；斜板承托框架的顶部通过转轴与倾角调节机构铰接，平板承托框架的底部设置有多个滚轮。在斜面组件的倾角调节过程中，水平底面组件及平板承托框架会通过底部滚轮随之运动，保持试验模拟装置整体的动态平衡。
[0018]进一步地，作为倾角调节机构的具体实施方式，倾角调节机构包括与斜板承托框架的顶部铰接的升降台，升降台中部竖直设置有一根升降螺杆，升降台的两侧对称竖直设置有两根导向杆；
[0019]升降螺杆和两根导向杆的两端分别与固定承托外框架的一侧固定连接；
[0020]升降台上设置有用于驱动自身沿升降螺杆的长度方向竖直运动的驱动装置。
[0021]进一步地，驱动装置包括与升降螺杆螺纹连接的螺母套筒和与升降螺杆垂直设置的驱动杆；
[0022]螺母套筒内部设置有与其固定连接的从动伞齿轮；驱动杆一端穿过升降台位于其内部，且驱动杆的一端端部设置有与从动伞齿轮啮合的驱动伞齿轮，驱动杆的另一端位于升降台外部，且驱动杆的另一端端部设置有手轮。
[0023]上述技术方案中，通过升降螺杆和两根导向杆限制了升降台在竖直方向上的移动，通过旋转驱动轮轴手轮带动驱动伞齿轮旋转，进而驱动从动伞齿轮及螺母套筒旋转，螺母套筒的旋转控制着升降台上升或下降，进而调节斜面组件顶端的高度，亦即调节斜面组件的整体倾斜角度，实现在不同的斜坡坡度进行崩塌模拟实验。
[0024]进一步地，作为物料释放装置的一种具体实施方式，物料释放装置包括两根对称设置于固定承托外框架顶部两侧的纵梁滑轨，两根纵梁滑轨之间设置有滑动横梁，滑动横梁的两端均通过滑块分别与两根纵梁滑轨滑动连接；
[0025]滑动横梁上滑动设置有伸缩连杆，伸缩连杆的顶部通过滑块与滑动横梁滑动连接，伸缩连杆的底部设置有抽板，抽板的下方设置有物料盒，物料盒的顶部设置有滑槽，物料盒通过滑槽与本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于振动信号分析的崩塌落石试验模拟装置，其特征在于，包括固定承托系统、面板组件、物料释放装置、数据监测装置和主控计算机装置；所述固定承托系统包括固定承托外框架，所述固定承托外框架内设置有端部相互铰接的斜板承托框架和平板承托框架，所述斜板承托框架的顶部通过倾角调节机构与固定承托外框架一侧活动连接；所述面板组件包括分别设置于斜板承托框架和平板承托框架上的斜面组件和水平底面组件；物料释放装置位于所述斜面组件或水平底面组件的顶部且与固定承托外框架顶部连接；所述数据监测装置用于监测斜面组件和水平底面组件上的振动信号；所述主控计算机装置用于控制数据监测装置的工作和停止，以及用于控制物料释放装置释放物料。2.根据权利要求1所述的基于振动信号分析的崩塌落石试验模拟装置，其特征在于，所述斜面组件和水平底面组件均通过螺栓分别与所述斜板承托框架和平板承托框架锚固连接；斜板承托框架和平板承托框架的端部通过转轴铰接；斜板承托框架的顶部通过转轴与倾角调节机构铰接，平板承托框架的底部设置有多个滚轮。3.根据权利要求2所述的基于振动信号分析的崩塌落石试验模拟装置，其特征在于，所述倾角调节机构包括与所述斜板承托框架的顶部铰接的升降台，所述升降台中部竖直设置有一根升降螺杆，升降台的两侧对称竖直设置有两根导向杆；所述升降螺杆和两根所述导向杆的两端分别与所述固定承托外框架的一侧固定连接；升降台上设置有用于驱动自身沿升降螺杆的长度方向竖直运动的驱动装置。4.根据权利要求3所述的基于振动信号分析的崩塌落石试验模拟装置，其特征在于，所述驱动装置包括与所述升降螺杆螺纹连接的螺母套筒和与所述升降螺杆垂直设置的驱动杆；所述螺母套筒内部设置有与其固定连接的从动伞齿轮；所述驱动杆一端穿过升降台位于其内部，且驱动...
【专利技术属性】
技术研发人员：李天话，程谦恭，王玉峰，罗肖，林棋文，邓凯丰，刘世涛，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：
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